JPH01104948A - 回転電機付ターボチャージャの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分計） 本発明はターボチャージャの回転軸に電動−発電機を取
付けた回転電機付ターボチャージャの制御装置に関する
。

（従来の技術） エンジンの排気管にターボチャージャを取付け、このタ
ーボチャージャの回転軸に電動−発電機を直結して排気
エネルギーを回収しようとする提案が種々なされている
。

このようなターボチャージャに電動−発電機を取付けた
提案として、エンジンの回転数や負荷の状態に応じて電
動−発電機を発電機作動や、電動機作動させて制御する
内燃機関のターボチャージャの制御装置の提案が、例え
ば特願昭６２−１０５９８１号、及び特開昭６０−１９
５３２９号に示されている。

（発明が解決しようとする問題点） このような提案の回転電機付ターボチャージャにおいて
は、電動−発電機の発電機作動時には電気負荷やバッテ
リに発電電力を供給し、電動機作勅時にはターボチャー
ジャの過給作動を助勢してエンジン出力の向上を計って
いるが、車両の走行条件の変化に応じてターボチャージ
ャのブースト圧を増大させたときに、ブースト圧の増大
に応じて燃料流量をも適切に増加させて、最適な空気／
燃料比によってエンジンを作動させるように制御する手
段が設けられていない。従って、車両が急加速を要する
走行条件下にあるときでもエンジンの駆動力の不足によ
り、所望の加速を行なうことができないという問題があ
る。また、空気／燃料比の不適正のために、排気ガスが
黒煙化するという問題もあった。

従って本発明の目的は、車両の走行条件に応じて常に最
適の空気／燃料比が得られるように制御することにより
上記問題点を解決しようとする回転電機付ターボチャー
ジャの制御装置を提供することにある。

更に、本発明の目的は、ブースト圧上昇させるため回転
電機の電動機作動によって助勢したとき、タービンブレ
ードの折損或いは異物の混入などの故障の発生を診断し
ようとする回転電機付ターボチャージャの制御装置を提
供することにある。

（問題点を解決するための手段）′ 本発明によれば、内燃機関の排気管に接続され排気エネ
ルギーにより吸気を過給するターボチャージャの回転軸
に電動−発電機を設けた回転電機付ターボチャージャの
制御装置において、前記内燃機関のアクセルペダル踏込
量検出手段と、該検出手段からの信号に応じて回転電機
を電動機駆動して過給気を昇圧させる昇圧手段と、該昇
圧手段による過給圧に対応する燃料供給量を制御する燃
料制御手段とを設けた回転電機付ターボチャージャの制
御装置を提供できる。

（作用） 本発明では、アクセルペダル踏込量に対応して必要とす
る吸気のブースト圧を計算するとともに、このブースト
圧に対する燃料供給量も計算し、それぞれ過給作動や燃
料流量を補正して行うので、常に適切な空燃比が得られ
る作用がある。

また、過給作動の助勢時には電動機作動の回転電機への
供給電力とその仕事量をチエツクし、異常のときは故障
と判断する作用もある。

（実施例） 以下、本発明の実施例を添付図面を用いて詳細に説明す
る。

第１図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図である
。

第１図において、１はエンジンで吸気管１ａを介して吸
気する空気と、燃料通路７ａを介して供給される燃料と
の燃焼エネルギーにより、図示していない車両を駆動す
るものであり、排気管１ｂを介して燃焼後の排気ガスが
排出される。１ｃはアクセルペダル踏込量を検出するア
クセルセンサ、１ｄはエンジン１の燃料噴射ポンプ（図
示せず）のラック位置によりエンジンの負荷を検出する
負荷センサ、１ｅはエンジンの回転数を検出する回転セ
ンサであり、それぞれ検出した信号を後述する電子制御
装置に送信する。なお燃料通路７ａには燃料アクチュエ
ータ７が設けられ、燃料供給量の制御は後述する電子制
御装置により行われる。

２は排気管１ｂおよび吸気管１ａに接続されたターボチ
ャージャであり、排気ガスにより駆動されるタービン２
ｂと、吸気管１ａに吸気を送気するコンプレッサ２ａと
を有し、これらを接続する回転軸２ｃには電動機あるい
は発電機として作動する回転電機３が取付けられている
。１ｆは排気管１ｂに設けられた隔壁であり、タービン
２ｂを駆動する排気流路に取付けられてその流路を２分
するものであり、片方の流路には排気弁１ｇが取付けら
れ、排気ガス量が少ないときにはアクチュエータ１ｈに
よりバイパス弁１ｇが閉じられて、他方の流路の排気ガ
ス流速を高めることによりタービン２ｂを効率よく高速
度に駆動するよう構　　−成されている。なお、２ｄは
タービン回転センサで回転軸２ｃの回転数を検出す、る
ものである。

回転電機３はロータ３ａとステータ３ｂとを有し、排気
エネルギーによってロータ３ａが回転駆動されるとステ
ータ３ｂには交流電力が発電され後述する電力変換器４
を介してバッテリ５に送電される。

また、電力変換器４を介したバッテリ５からの電力がス
テータ３ｂに供給されてロータ３ａが駆動されると、コ
ンプレッサ２ａの作動により吸気が圧縮され、吸気管１
ａを介してエンジン１に過給されるよう構成されている
。なお、１ｊはブースト圧センサで、コンプレッサ２ａ
の作動による過給気圧を検出して電子制御装置６に送信
するものである。

第２図は電力変換器４における交流電力の変換回路の一
例を示したものであり、整流平滑回路４ａ、デユーティ
制御回路４ｂ、チョーク回路４Ｃ１を有している。そし
て発電機作動時の回転電機３からの交流電力は整流平滑
回路４ａにて直流に変換し、トランジスタＴｒのベース
入力に電子制御装置６からの所定の制御用パルス信号を
印加してトランジスタＴｒの通過電流を脈流としてその
実効電力値を制御する。その後チョークｃｈを介して所
望する電圧となった電力を負荷に供給するものである。

なお、電力変換器４は上記の変換回路の他、バッテリ５
からの直流電力を所定周波数の交流に変換して回転電機
３を電動機駆動するコンバータ回路、直流電力を周波数
調整自在の交流電力に変換するインバータ回路も有して
おり、インバータ回路の周波数制御は電子制御装置６の
指令にて制御されるものである。

したがって、発電機作動時の回転電機３からの交流電力
は整流平滑回路により直流に変換されてコンバータ回路
やデユーティ制御回路によりバッテリ充電に適する電力
に制御され、また電動機作動時の回転電機３には、バッ
テリ５からの直流電力がコンバータ回路やインバータ回
路の作動により所定の電圧および周波数の交流電力に変
換されてステータ３ｂに供給され、排気エネルギーにて
駆動されるターボチャージャの過給作動を助勢するもの
である。

第１図に示す３ｃは交流電圧計で回転電機３のステータ
３ｂの端子電圧を計るもの、４ｄは直流電圧計で電力変
換器４の直流端子電圧を計るものであり、それぞれ測定
した電圧を電子制御装置６に送出する。

電子制御装置６はマイクロコンピュータよりなり、エン
ジン１の作動状態や電圧計からの信号などを入力して演
算処理や制御回数の計数などを行う中央処理装置、アク
セルペダルの踏込みによるエンジンの運転状況と所要ブ
ースト圧との関連マツプや回転電機の作動の制御プログ
ラムなどを格納する各種メモリ装置、各種センサからの
入力を受令したり、アクチュエータや電力変換器などに
制御指示を発令する入／出力装置などを有している。な
お、３ｄは回転子位置センサでロータ３ａの回転時の磁
極位置を検出して回転電機３への供給電力の位相制御時
に用いるものである。

第３図は本実施例の作動の一例を示す処理フロー図であ
り、第３図を参照してその作動を説明する。

まず、ステップ１において回転センサ１ｅからの信号に
よりエンジン回転数をチエツクし、アイドル回転より速
い（例えば８００ＲＰＭ以上）と判断したときは、クラ
ッチ断かをチエツクしくステップ２）、クラッチ接続の
場合はアクセル位置を検出する（ステップ３）。ここで
アクセル位置が部分踏込みならば（ステップ４）、エン
ジン回転数（ステップ５）、現ブースト圧ＰＢ２（ステ
ップ６）、アクセル相当ブースト圧ＦＢＩの各々をそれ
ぞれのセンサから検出しくステップ７）、アクセル相当
ブースト圧ＦＢＩと現ブースト圧ＰＢ２との差を演算す
る（ステップ８）。相当ブースト圧ＦＢＩと現ブースト
圧ＰＢ２との差が所定値Ａよりも大であると判定したと
きは、電動機作動による助勢を要する場合であるので、
加速に必要な回転電機３への供給電力を計算しくステッ
プ１０）、タービン回転数を検出して（ステップ１１）
供給電力の電圧上昇に必要なデユーティ制御を決定する
（ステラ゛）１２）。ついで電力変換器４を作動させ（
ステップ１３）、回転子位置センサにより供給電力の位
相を決定して、電力変換器４に設けたインバータを作動
して（ステップ１４）、電動機作動の回転電機を増速さ
せる。ついづブースト圧ＰＢを検出しくステップ１５）
、燃料アクチュエータ７を制御して、ブースト圧の増加
に対応する燃料増加の制御を行う（ステップ１６）、そ
してブースト圧ＰＢを相当ブースト圧ＰＨ１と比較して
（ステップ１７）、ＰＢ＞相当ブースト圧ＦＢＩであれ
ば、アクセルセンサ１ｃによりアセセル位置を検出しく
ステップ１８）、エンジン回転数を検出する（ステップ
１９）。ここでＰＢがＰ８１以上となったので、エンジ
ントルクは電動機の助勢を必要とするかどうかは、これ
に記憶された負荷範囲によって判定される。ステップ２
０で電動機作動が必要か否かをチエツクして電動機作動
中のときはステップ４５へ、否の場合はステップ３４に
６行することになる。

なお、前記ステップ９で相当ブースト圧ＦＢＩと現ブー
スト圧ＰＢ２との差が所定値Ａよりも小であると判定し
たときは、直接に上述のステップ１７に移行する。

ステップ１においてエンジン回転数が８０ＯＲＰＭ以下
であると判定したときは、ステップ２１に移行１・、排
気ガスの流速を早めてターボチャージャの回転を増速す
るためアクチュエータ１ｈおよびバイパス弁１ｇを作動
させ排気のバイパス制御を行う。

次に回転電機３による発電電圧Ｖを測定しくステップ２
２）、バッテリ電圧ｖｂとの大小を比較する（ステップ
２３）。その結果、ｖ＜ｖｂであるときは、高周波コイ
ルの昇圧デユーティを制御して（ステップ２４）、発電
電圧■をバッテリ電圧ｖｂよりも昇圧させた後、バッテ
リを充電する。

またステップ４においてアクセルが一杯に踏込まれてい
るときは、ステップ２５に移行して回転センサ１ｅより
エンジン回転数を検出し、エンジンの最大駆動力（最大
ブースト圧）をＣＰＵにより検索しくステップ２６）、
ターボチャージャのタービンの回転数と現ブースト圧と
を検出しくステップ２７．２８　）　、前記最大ブース
ト圧と比較する（ステップ２９）。そして未だ最大ブー
スト圧より小であるときは、回転電機を駆動する電圧上
昇に必要なデユーティ制御を決定する。ここで電力変換
器を作動させ（ステップ３０）、回転子位置センサ３ｄ
からの信号により供給電力の位相を決定してインバータ
を作動させる（ステップ３１）。ついで回転電機の駆動
後のブースト圧を検出して（ステップ３２）、その増加
に応じた量の燃料の増加を行い（ステップ３３）、前記
ステップ１７に移行する。なお、ステップ２９において
、最大ブースト圧より大となったと判定したときも、同
様にステップ１７に移行する。

ステップ２０において電動機駆動中ではないと判定した
ときはステップ３４に移行し、記憶装置に記憶された負
荷ゾーンに従って過給作動か発電機作動かをチエツクし
くステップ３５）、過給作動と判定したときは、発電回
路を断にする（ステップ３６）。発電機作動と判定した
ときは、発電電圧を測定しくステップ３７）、発電電圧
Ｖとバッテリ電圧ｖｂとの大／ＪＸを比較する（ステッ
プ３８）。Ｖ〉ｖｂであれば、電力変換器のデユーティ
制御を行い（ステップ３９）、バッテリ充電回路をオン
とし、バッテリに充電する（ステップ４０）。そして充
電状態をチエツクしくステップ４１）、充電中であれば
開始のステップ２に戻る。充電中でないときは故障信号
を発生して故障を報知する（ステップ４２）。なおり＞
ｖｂではないときは、発電電圧を測定しくステップ４３
）、電力変換器４にてデユーティ制御を行った上で（ス
テップ４４）、上記ステップ４０に移行する。

つぎに第３図（その３）はブースト圧と燃料と″の関係
を正規の空気／燃料比が保たれるように常に補正して制
御する処理フロー図で、前記ステップ２０から６行する
。

即ち、前記ステップ２０において電動機作動中と判定し
たときは第３図（その３）に示すステップ４５に移行し
、ステップ１８で検出し、たアクセルペダル位置に相当
するブースト圧Ｐｃを計算する。

他方、負荷センサ１ｄにより燃料流量を計測して（ステ
ップ４６）、この燃料流量による燃料相当ブースト圧Ｐ
ｆｃを計算する（ステップ４７）。ついで、ＰｃとＰｆ
ｃとの大小を比較しくステップ４８）　、　Ｐｃ　＞Ｐ
ｆｃであれば、燃料増加の必要があるので、燃料アクチ
ュエータフを増加の方向に制御して流量を補正する（ス
テップ４９）。この補正により増大する筈の補正相当ブ
ースト圧（ＦａｄｊＩ＋ΔＰ）をステップ５０にて計算
する。つぎにステップ５１でＰｃ　とＦａｄＪｌ　との
大小を比較し、Ｐｃ＜Ｆａｄｊｌであれば、補正は完了
し、ステップ５５に８行する。なお、ステップ５１にて
Ｐｃ≧ＦａｄＪ１であるならば、Ｐ　ｃ　＜　Ｆ、ａｄ
Ｊ　１となるまでステップ４８〜５０が繰返される。

他方、ステップ４８においてＰｃ＜Ｐｆｃであるときは
、ステップ５２に移行し、燃料アクチュエータフを減少
の方向に駆動して流量を補正しくステップ５３）、減少
相当ブースト圧（Ｆａｄｊ２−ΔＰ）を計算する。そし
てＰｃとＦａｄｊ２の大小を比較しくステップ５４）　
、Ｐｃ　＜Ｆａｄｊ　２であれば、補正は完了し、ステ
ップ５５に移行する。なお、ここでＰｃ≧ＦａｄＪ２で
あるならば、Ｐｃ＜Ｆａｄｊ２となるまでステップ５２
〜５４が繰返される。以上により、エンジンに供給され
る空気と燃料との比率は正規の空燃比が常に保たれるよ
うに補正されることになる。

次にステップ５５に０行して、回転電機を電動機駆動と
して過給作動を助勢する駆動電力を計算し、タービン回
転数を検出しくステップ５６）、電圧上昇に必要なデユ
ーティを決定しくステップ５７）、インバータを作動し
て供給電力の位相と電圧とを調整する（ステップ５８）
。ついでブースト圧を検出して（ステップ５９）、その
増加に応じた量の燃料の増加を行い（ステップ６０）、
制御フローはステップ２に戻る。

第４図は本実施例の作動の他の一例を示す処理フロー図
であり、第４図を参照してその作動を説明する。

ステップ１〜２０は前記実施例と同一のフローである。

次にステップ２１に移行して、電動機駆動のための供給
電力を計算し、タービン回転数を検出しくステップ２２
）、電力上昇に必要な電力変換器にてのデユーティを決
定しくステップ２３）、インバータを作動して供給電力
の位相と電圧を調整する（ステップ２４）。ついで助勢
後のブースト圧ＰＢ２を検出して（ステップ２５）、ア
クセル相当ブースト圧ＰＢ１と比較しくステップ２１ｉ
）　、ＰＢＩ＞ＰＢ２であれば、燃料流量を制御して（
ステップ２７）、ステップ１５に戻る。これに反しＰ　
８１＜　Ｐ　Ｂ２ならば後述のステップ５４に移行する
。

前記ステップ１においてエンジン回転数が８０ＯＲＰＭ
以下であると判定したときは、ステップ２８に移行し、
該ステップ２８〜３１は前記第３図のステップ２１〜２
４と同一である。

また、前記ステップ４においてアクセルが一杯に踏込ま
れているときは、ステップ３３に移行して、エンジン回
転数を検出し、エンジンの最大駆動力（最大ブースト圧
）を電子制御装置より検出しくステップ３４）、ターボ
チャージャのタービンの回転数を検出しくステップ３５
）、現ブースト圧ＰＡを検出しくステップ３６）、前記
最大ブースト圧と比較する（ステップ３７）。未だ最大
ブースト圧より小であるときは、電！Ｊｌ］機駆動の供
給電力の上昇に必要なデユーティ制御を決定する。そし
て電力変換器を作動させ（ステップ３８）、回転位置セ
ンサからの信号により位相を決定してインバータを作動
する（ステップ３９）。ステップ４０において上昇した
ブースト圧ＰＢを検出し、上昇する前の前記ブースト圧
ＰＡと比較する（ステップ４１）。ＰＢ　＞ＰＡであれ
ば燃料流量を制御して（ステップ４２）、ステップ１７
に移行する。これに反しＰＢ　＜ＰＡならば後述のステ
ップ５４に移行する。

前記ステップ２０において電動機駆動中ではないと判定
したときはステップ４３に８行し、以下ステップ４３か
６５３迄は、前記第３図のステップ３４〜４４と同一で
あり、ステップ５０において充電状態をチエツクし、Ｙ
ＥＳであれば開始のステップ２に戻り、Ｎｏであれば故
障信号を発生して故障を報知する（ステップ５１）。

次に、ステップ５４〜６１は、特にブースト圧上昇のた
め電動機作動によって助勢したとき、タービンブレード
の故障を診断する制御フローで、前記ステップ２６或い
はステップ４１から、このステップ５４に移行する。

先ずステップ５４において、必要なブースト圧の上昇値
ΔＰ（即ち、Ｐ　Ｂｌ−Ｐ　Ｂ２、またはＰＢ−ＰＡ）
を読込み、タービン回転数を検出しくステップ５５）、
回転電機に供給する電流を検出して（ステップ５６）電
力値を計算する。この電力値とブースト圧の上昇値ΔＰ
による加圧仕事量との大小を比較しくステップ５７）、
加圧仕事量が計算電力値より小さいときは、更に数秒間
の平均値を検出する（ステップ５８）。再び、電力値と
加圧仕事量との大小を比較しくステップ５９）、電力値
〉加圧仕事量であればタービンブレードの故障と判断し
、故障信号を発生しくステップ６０）、電動スイッチを
ＯＦＦにする（ステップ６１）。ステップ５７或いは、
５９において電力値く加圧仕事量であるときは、故障は
ないものと判断し、制、御フローは始めのステップ２に
戻る。

以上本発明を上記の実施例によって説明したが、本発明
の主旨の範囲内で種々の変形が可能であり、これらを本
発明の範囲から排除するものではない。

（発明の効果） 本発明によれば、アクセルペダルの踏込量に応じて内燃
機関の必要とする吸気のブースト圧を求めるとともに、
このブースト圧に対応して適切な燃料供給量を計算し、
それぞれ吸気の過給作動や燃料流量を補正するので、常
に運転状態に応じた空燃比が得られ、所要するエンジン
出力が得られる効果がある。

また本発明によれば、吸気の過給作動の助勢時には、電
動機作動の回転電機への供給電力と、その仕事量をチエ
ツクするので、これが異常の際は故障と判断して異常を
診断する効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の回転電機付ターボチャージャの制御装
置の一実施例を示す構成ブロック図、第２図は本実施例
に用いる電力変換器の一例を示す回路図、第３図及び第
４図は本実施例の作動を示す処理フロー図である。 １・・；エンジン、ＩＣ・・・アクセルセンサ、１ｄ・
・・負荷センサ、１ｅ・・・回転センサ、１ｊ・・・ブ
ースト圧センサ、２・・・ターボチャージャ、３・・・
回転電機、４・・・電力変換器、５・・・バッテリ、６
・・・電子制御装置、７・・・燃料アクチュエータ。 特許出願人　　いすｙ自動車株式会社 代　理　人　　弁理士　　辻　　　實 ＜ａ　　　　　４ｂ　　　　　４Ｃ 第４図（￥の３） 千　元売　ネ甫　正　書（自発） 昭和１２−年７２月２？日 特許庁長官　小　川　邦　夫　殿　　　、１．、。 １、事件の表示 昭和６２年　特許願　第２６１２４０号２、発明の名称 回転電機付ターボチャージャの制御装置３、補正をする
者 事件との関係　　特許出願人 住　所　東京部品用区南大井６丁目２２番１０号ジ　ド
ウシャ 名　称　いすｙ自動車株式会社 トビ　　ャ７　　カズ　　才 代表者　　飛　山　−男 ４、代理人 住　所　〒ｌｏｔ東京都千代田区神田小川町３−１４第
−万水ビル 氏名（７８４０）弁理士辻　　實 ５、補正命令の日付　　　（自発） ６、補正の対象 明細書の「特許請求の範囲」の欄、「発明の詳細な説明
」の欄 ７、補正の内容 別紙の通り （１）特許請求の範囲を別紙の通り訂正する。 （２）明細書第３頁第１８行〜明細書第４頁第３行目の
「更に、・・・することにある。」を削除する。 （３）明細書第５頁第１行〜第３行目の「また、・・・
もある。」を４１Ｊ除する。 （４）明細書第２０頁第９行〜第１２行目の「また・・
・もある。」を削除する。 ２、特許請求の範囲 内燃機関の排気管に接続され互ターボチャージャの回転
軸に電動−発電機を設けた回転電機付ターボチャージャ
の制御装置において、前記内燃機関のアクセルペダル踏
込量検出手段と、該検出手段からの信号に応じて回転電
機を電動機駆動して過給気を昇圧させる昇圧手段と、該
昇圧手段による過給圧に対応する燃料供給量を制御する
燃料制御手段とを設けたことを特徴とする回転電機付タ
ーボチャージャの制御装置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内燃機関の排気管に接続され排気エネルギーによ
   り吸気を過給するターボチャージャの回転軸に電動−発
   電機を設けた回転電機付ターボチャージャの制御装置に
   おいて、前記内燃機関のアクセルペダル踏込量検出手段
   と、該検出手段からの信号に応じて回転電機を電動機駆
   動して過給気を昇圧させる昇圧手段と、該昇圧手段によ
   る過給圧に対応する燃料供給量を制御する燃料制御手段
   とを設けたことを特徴とする回転電機付ターボチャージ
   ャの制御装置。
2. （２）前記の昇圧手段により回転電機を電動機駆動し過
   給作動を助勢時に、ターボチャージャの異常を検出して
   故障を診断する異常検出手段を設けたことを特徴とする
   特許請求の範囲第（１）項記載の回転電機付ターボチャ
   ージャの制御装置。